Experimentele onderzoek van de structuur van de stroom over een Delta vleugel Via stroom visualisatie methoden
23 april 2018
Hier presenteren we een protocol om de wankele vortical stroomt over een delta vleugel met behulp van een gemodificeerde rook stroom visualisatie techniek observeren en onderzoeken van het mechanisme dat verantwoordelijk is voor de trillingen van de toonaangevende vortex verdeling locaties.
Het algemene doel van dit experiment is om onstabiele wervelstromingen boven een deltavleugel te observeren met behulp van visualisatietechnieken en het mechanisme te onderzoeken dat verantwoordelijk is voor de oscillaties van de locaties van de vortexafbraak aan de voorkant. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen over het onstabiele stromingsfenomeen van een cilinderdeltavleugel, zoals de oscillatie van de voorkant van de locatie van de vertexafbraak. Het grote voordeel van deze techniek is dat zowel grootschalige globale voorkant-vortexstromingsvelden als kleinschalige cellulaire substructuren gelijktijdig kunnen worden geïllustreerd.
Begin met het model voor het experiment. Voor dit experiment is het model een aluminium deltavleugel van 280 millimeter lang. Neem het model mee om in de windtunnel te monteren, die gesloten is en op lage snelheid draait.
De testsectie heeft glazen wanden om optische toegang voor het experiment mogelijk te maken. Hier is de deltavleugel goed gemonteerd in de windtunnel. Twee lasers kunnen de stromingsstructuren verlichten, een dubbelpuls 532 nanometer laser tijdens deeltjesbeeldsnelheidsmeting of een continugolf 532 nanometer laser tijdens rookstroomvisualisatie.
Dit schema geeft informatie over de optische opstelling met de continue laser. Een bolle lens regelt de grootte van de laserstraal. Een cilindrische lens breidt de straal uit tot een laag.
Een spiegel reflecteert de laserlaag in de windtunnel. Draag geschikte laserbril en begin met de continue laser. Voor de veiligheid verlaag de straaldoorlatendheid met een neutraal dichtheidsfilter.
Begin met alleen de laser, filter en spiegel op hun plaats. Pas de spiegel aan om de straal in de windtunnel te introduceren. Zorg ervoor dat de straal het model ongeveer 1/4 van de lengte van het model achter de voorkant raakt.
Installeer vervolgens de bolle lens en de cilindrische lens. Meet vervolgens op het model de laserlijn die het raakt om de dikte van de laserlaag te controleren. Pas de bolle lens zo nodig aan.
Stop met aanpassen wanneer de gewenste dikte is verkregen. Plaats een kalibratiedoelplaat op de deltavleugel met de oppervlakte die samenvalt met de laserlaag. Met de laser uit, ga verder met het instellen van de camera.
Gebruik een commerciële digitale camera voor rookstroomvisualisatie en bedient deze handmatig. Plaats de camera om het gewenste gezichtsveld te verkrijgen en focus hem op de kalibratiedoelplaat. Wanneer de camera klaar is, neemt u verschillende frames voor kalibratiedoeleinden.
Verwijder vervolgens de kalibratiedoelplaat. Zet de windtunnel aan op lage snelheid en injecteer oliedeeltjes om het gelijkmatig te laten zetten. Om rookstroom te visualiseren, zet u de windtunnel aan op de gewenste snelheid.
Schakel vervolgens de continue laser in zonder filter. Aan de camera neemt u vijf tot 10 momentopnamen van de stromingsstructuur. Gebruik de afbeeldingen om te controleren of de laserlaag zich in de lengtedoorsnede van de kern van de voorkant-voorkant-vortex bevindt.
Deze voorbeeldafbeelding toont een duidelijke vortexkern en substructuren, wat wijst op een goed geplaatste laserlaag. Pas de camera-instellingen indien nodig aan voor de beeldkwaliteit en neem foto's en video op. Wanneer u klaar bent, schakelt u de luchtstroom uit en benadert u het model.
Markeer daar de positie van de laserlaag als referentie voor latere metingen. Maak het af door de laser uit te schakelen en de gegevens naar de computer over te brengen. Deze meting vereist een andere laser.
Vervang de continue laser door de gepulseerde laser. Met de laser aan, controleert u het pad en past u indien nodig de bolle lens aan. Zorg ervoor dat de straal het model raakt langs de lijn die de positie van de continue laser markeert.
Vervang ook de digitale camera. Vervang deze door een high-speed CCD-camera. Bestuur de camera met de synchronisator en de dubbelpulslaser.
Ga nu naar het model en identificeer een gebied waar structuren kunnen worden waargenomen. Plaats opnieuw een kalibratiedoelplaat op de vleugel in dat gebied. Focus op de kalibratiedoelplaat en maak verschillende foto's.
Verwijder de kalibratiedoelplaat voordat u verdergaat. Start de PIV-software en stel de parameters in. Start de windtunnelstroom op de gewenste snelheid.
Pas de laser aan op zijn hoogste vermogensniveau. Gebruik de software om de gegevensverzameling gedurende 100 seconden te starten. Als de verworven beelden acceptabel zijn, sla ze op en ga verder met het uitvoeren van andere gevallen.
Dit is een verwerkte afbeelding van de lengtedoorsnede van rookstroomvisualisatie. Er is een schaal van 10 millimeter ter referentie. De afbeelding onthult de primaire voorkant-voorkant-vortexkern, de oprollende schaarlayer met wervelsubstructuren, de vortexafbraak en de turbulente staart.
Deze video toont de oscillaties van de locaties van de voorkant-voorkant-vortexafbraak in de dwarsdoorsneden van de overdracht. Analyse van de gemeten afbraaklocaties voor elk moment geeft een sterke antisymmetrische interactie aan. Dit is een tijdgemiddeld deeltjesbeeldsnelheidsresultaat dat de dimensieloos voortsnelheid in de lengtedoorsnede toont.
De primaire vortexkern kan worden geïdentificeerd door de inflexielijn van de positieve en negatieve voortsnelheid, gemarkeerd door de zwarte stippellijn. Volle lijnen omcirkelen gebieden met een lokale wervelsterkte lager dan nul, wat wijst op schaarlayer-vortices. Aanvullende substructuren worden omcirkeld door witte stippellijnen.
Dit tijdgemiddelde deeltjesbeeldsnelheidsvoortsnelheidsresultaat is in de span-wise dwarsdoorsnede. De stroming scheidt zich van de voorkant, vormt een schaarlayer en rolt aan beide zijden van de vleugel in de vortexkern. Er zijn stationaire wervelsubstructuren in de schaarlagen.
Eenmaal onder de knie, kan deze techniek in één uur worden uitgevoerd als deze op de juiste manier wordt uitgevoerd. Na het bekijken van deze video, zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u het onstabiele stromingsfenomeen van een cilinderdeltavleugel kunt observeren met behulp van de bovengenoemde stromingsvisualisatietechnieken. Vergeet niet dat het werken met lasers
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie presenteert een protocol voor het observeren van ongestage vortexstromingen over een deltavleugel met behulp van een gemodificeerde rookvisualisatietechniek. Het onderzoek bestudeert de mechanismen achter de oscillaties van de locaties van de breakdown van de vortex aan de voorrand.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Aerodynamica
- Stromingsleer
- Stromingsvisualisatie
Achtergrond
- Onstabiele wervelstromingen zijn van cruciaal belang in aerodynamische studies.
- Delta-vleugels vertonen unieke stromingskenmerken.
- Het begrijpen van vortex breakdown is essentieel voor het verbeteren van de aerodynamische prestaties.
- Visualisatietechnieken kunnen complexe stromingspatronen onthullen.
Doel van de studie
- Om onstendige wervelstromingen over een deltavleugel te observeren.
- Om de oscillatie van de locaties van vortex-afbraak aan de voorrand te onderzoeken.
- Om zowel grootschalige als kleinschalige stromingskenmerken gelijktijdig te illustreren.
Gebruikte methoden
- Gebruik van een gemodificeerde rookstroomvisualisatietechniek.
- Experimenteren met een aluminium deltavleugelmodel.
- Uitvoeren van tests in een gesloten windtunnel voor lage snelheden.
- Gelijktijdige observatie van globale en cellulaire stromingsstructuren.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle visualisatie van ongestage wervelstromingen.
- Identificatie van oscillatiepatronen op locaties van vortex breakdown.
- Demonstratie van de effectiviteit van de techniek bij het illustreren van stromingsvelden.
- Inzichten in de dynamiek van de aerodynamica van deltavleugels.
Conclusies
- De aangepaste visualisatietechniek is effectief voor het bestuderen van stromingen bij deltavleugels.
- Inzicht in vortex-breakdown kan het aerodynamische ontwerp verbeteren.
- Dit onderzoek draagt bij aan het bredere vakgebied van de stromingsleer.
Veelgestelde Vragen
Industriële Relevantie
Kwantitatieve stroomvisualisatie en particle image velocimetry (PIV) maken een nauwkeurige mapping van complexe, ongestage stromingsvelden mogelijk, wat hypothese-gestuurd onderzoek naar dynamische systemen ondersteunt. Deze methoden leveren ruimtelijke en temporele gegevens met een hoge resolutie, wat mechanistische risicoreductie en voorspellend vertrouwen in de vroege fase van R&D faciliteert. Hun integratie versterkt cross-functionele workflows waarbij robuuste doelwitvalidatie en reproduceerbare metingen cruciaal zijn.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Maakt het toetsen van hypothesen over dynamische systemen mogelijk door directe visualisatie van stroomstructuren.
- Ondersteunt mechanische risicoreductie door zowel globale fenomenen als fenomenen op substructuurniveau te onthullen.
- Biedt functionele validatie van systeemperturbaties via kwantitatieve meting van de afhankelijke variabele.
Screening & Assay-ontwikkeling
- Bereidt gevalideerde modelsystemen voor voor downstream kwantitatieve analyse en screeningworkflows.
- Levert reproduceerbare data met een hoge resolutie voor assay-standaardisatie en cross-vergelijking.
- Faciliteert een betrouwbare evaluatie van experimentele variabelen door gesynchroniseerde beeldvorming en data-acquisitie.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Rijgt experimentele resultaten uit aan de behoeften van translationeel onderzoek door een gedetailleerde mapping van systeemresponsen mogelijk te maken.
- Ondersteunt de continuïteit van ontdekking tot preklinische validatie door middel van robuuste, kwantitatieve datasets.
- Vermindert het risico bij beslissingen over verdere ontwikkeling door de mechanistische onderbouwing van waargenomen fenomenen te verduidelijken.
Integratie van pipeline & workflow
Stromingsvisualisatie en PIV-methoden bevinden zich op het snijvlak van vroege ontdekking en kwantitatieve analyse, waarbij zij hypothesetesten verbinden met datagestuurde besluitvorming.
- Ontdekkingsbiologie: Ondersteunt hypothesetesten en de verduidelijking van pathways door het visualiseren van ongestage stromingsfenomenen en hun afbraakmechanismen.
- Screening: Levert assay-ready, reproduceerbare imaging-outputs voor comparatieve analyse over verschillende experimentele condities.
- Analytica: Genereert kwantitatieve metingen van stromingsstructuren, wat statistische vergelijking en mechanistisch inzicht mogelijk maakt.
- Translationeel onderzoek: Biedt continuïteit in meetnormen van de ontdekkingsfase tot de validatie in preklinische modellen.
- Enterprise-hergebruik: Creëert een herbruikbaar platform voor hoogresolutie, niet-intrusieve systeeminterrogatie binnen diverse R&D-programma's.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen en vermindert mechanische ambiguïteit in studies van dynamische systemen.
- Operationele waarde: Levert gestandaardiseerde, reproduceerbare en schaalbare imaging-workflows voor adoptie door verschillende teams.
- Strategische waarde: Maakt geïnformeerde go/no-go-beslissingen en kapitaalefficiënt portfoliomanagement mogelijk door systeemgedrag te verduidelijken.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering en de verdere ontwikkeling van gevalideerde targets of modellen.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in optische beeldvorming, lasersnelheid en kwantitatieve data-analyse.
- Vereist toegang tot een windtunnel of soortgelijke gecontroleerde omgevingen en instrumentatie voor hogesnelheidsbeeldvorming.
- Noodzaakt tot strikte standaardisatie tussen teams van de opstelling, kalibratie en protocollen voor gegevensverwerking.
- Aanpassing aan verschillende modelsystemen kan specifieke optische en tracer-configuraties vereisen.
- De ruimtelijke resolutie en meetnauwkeurigheid worden beperkt door de optische toegang en de uniformiteit van de tracerdeeltjes.
Biopharma Veelgestelde Vragen
Chapters in this video
0:05
Title
0:47
Wind Tunnel Setup
1:21
Set up the Laser Sheet
3:21
Camera Setup
4:04
Improved Smoke Flow Visualization
5:08
Particle Image Velocimetry Measurement
6:48
Results: Leading-edge Vortex Structures of a Delta Wing using Smoke Flow Visualization and Particle Image Velocimetry
8:34
Conclusion
